Analýza záznamu termografických dat intraoperačních kortikálních stimulací

Abstract

Mapování pomocí stimulace kortexu (CSM) je standardně používaná technika, která má za úkol lokalizovat funkční a kognitivní oblasti mozku, a zabránit tak případným komplikacím po resekci epileptogenní zóny, nebo tumoru. Nicméně se ukazuje, že standardně používané hodnoty stimulace jsou při lokalizaci motorické oblasti významně méně úspěšné u pediatrických pacientů než u dospělých jedinců. Z toho důvodu byl vytvořen nový přístup využívající krátké stimulační pulzy o vysoké frekvenci s proudy (až 100 mA), který však může mít negativní termické účinky na stimulovanou tkáň. Lokální termální účinky v okolí elektrod byly stanoveny na základě dat z termografické kamery s vysokým rozlišením. Ta sledovala proces CSM u 21, resp. u 14 pediatrických pacientů (data od 7 z nich musela být odstraněna), kteří podstupovali následnou resekci temporálního laloku. U každého pacienta byly použity proudy od 10 mA do 100 mA pro oba standardně používané typy elektrod, bipolární elektroda a strip elektrod určených pro elektrokoritkografii (ECoG). Naměřená data byla následně utříděna, dekódována, stabilizována a analyzována. Výsledky měření pro bipolární elektrodu ukazují podle očekávání, že k největšího lokálního termálního efektu na tkáň dosahuje CMS v blízkém okolí elektrody při maximálním proudu 100 mA a to 1,195 °C. Při stimulaci proudy většími než 70 mA může dojít k překročení stanovené bezpečné hranice 39 °C. Analýza dat ukázala, že není možné vyhodnotit přímý termální efekt jednotlivých stimulací pro elektrody na ECoG stripu termo kamerou. Nedá se očekávat, že by byl významně odlišný od výsledků získaných měřením bipolární elektrodou. Z tohoto důvodu byl vyčíslen alespoň maximální ohřev tkáně pro 100 mA v oblasti stimulace, která vyšla 0,545 °C a která by měla reprezentovat teplotu tkáně pod ním a akumulaci tepla v oblasti stimulace. Lepší odhad skutečného rizika při stimulaci vyššími proudy a představu termálního efektu pod ECoG stripem by měla přinést 3D simulace experimentu a histopatologie stimulované tkáně, které by měly být vytvořeny jakožto další metody pro ověření termálního efektu navrhnutého procesu. Jejich výsledky a závěr je možné porovnat s výsledky této práce.

The cortical stimulation mapping (CSM) is standard procedure used for localization of function and cognitive brain areas. This process should minimalize probability of complication after removal of epileptogenic area, or tumor. However, usually used CSM paradigms are not so successful at eliciting a motor response among young children as among adults. Therefore, was developed new approach using short pulses with high frequency at maximal peak current up to 100 mA, which could have negative effects on stimulated tissue. Local thermal effects during CSM on surroundings of the electrodes was based on data measured by high resolution thermographic camera from 21 pediatric patients (14 was used), which been going through temporal lobe resection. Each patient was stimulated by current from 10 mA to 100 mA with both polar electrode and strip typically used for electrocorticography (ECoG), typically used types of electrodes. Given data was then organized, decoded, stabilized and analysed. The results show, that local thermal effect during CSM with current 100 mA in close area surrounding the electrode was 1,195 °C. Stimulation with current higher than 70 mA could cause local temperature increase bigger than set safe value 39 °C. Analysis of data from ECoG stimulation shown that it is impossible evaluate local thermal effect of each stimulation by thermographic camera, but it can be expected that the result should not be significantly different from result given by bipolar electrode. For that reason, was measured maximal thermal effect on tissue during whole 5 stimuli with 100 mA. In area surrounding the electrode it was 0,545 °C. This should represent the thermal accumulation on cortex during CSM. Better assessment of real danger during stimulation with higher currents and better understanding of thermal effect under the ECoG electrodes should bring 3D simulation of this experiment and hystopathology of stimulated tissue. They should be created as, another methods how to estimate thermal effects of new CSM paradigm and their results can be compared with results in this work.